автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Закономерности фазовых равновесий и фазовых пероходов в сплавах титана эвтектического типа, разработка и опробование новых жаростойких материалов.

РГб од

ь п С1ІІ1 ; МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

На правах рукопису

БЛОХ! НА Ольга Олексіївна

ЗАКОНОМІРНОСТІ ФАЗОВИХ РІВНОВАГ ї ФАЗОВИХ ПЕРЕХОДІВ В СПЛАВАХ ТИТАНУ ЕВТЕКТИЧНОГО ТИПУ, РОЗРОБКА І ВИПРОБУВАННЯ НОВИХ ЖАРОСТІЙКИХ МАТЕРІАЛІВ

Спеціальність 05.16.01 — «Металознавство і термічна обробка металів»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Ді(іііроііет()оіісьі;

1097

Дисертація є рукопис. .

Робота виконана на кафедрі металознавства Державної Металургійної Академії України (м. Дніпропетровськ),

Науковий керівник - чл.-кор. АІН України, професор, доктор

технічних наук Мазур Владислав Іустинович

металофізики Дніпропетровського Державного Університету

Спірідонова Ірина Михайлівна

доктор фізико-математичних наук, професор кафедри технології металів Придніпровської Державної Академії Будівництва і Архітектури Во'робйов Генадій Михайлович .

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор кафедри

Провідне підприємство: Державний трубний інститут

Захист відбудеться "ЗО ’’ 1997 р. в годин на

засіданні спеціалізованої Ради ДОЗ.11.01 при Державній Металургійній Академії України за адресою: 320635, м. Дніпропетровськ, пр.Гагаріна,4. .

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Державної Металургійної Академії України. •

Автореферат разісланий “4? О ". 1997 р.

Вчений секретар Ради доктор технічних наук, професор

М.М.Саф'ян

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. За остзннє десятиріччя значно були

інтенсифіковані дослідження та розробка нових керамічних і металокерамічних матеріалів для використання ~в"“рЬбочій зонГдвигунів' внутрішнього згоряння Великі надн, які покладалися на конструкційну кераміку, як найбільш перспективний в цьому плані матеріал, здебільш не виправдовуються. Недостатньо , високий рівень фізико-механічних властивостей зокрема тріщиностійкості, керамік на основі карбідів, оксидів, нітридів, а також відносно висока вартість виробів із керамічних матеріалів стримують їх широке э®с*осувэ«“« Р зч'ячку з ним актуальною с задача розробки нових металокерамічних матеріалів на основі титану; які поєднують найбільш цінні властивості керамічних і металевих матеріалів і здатні працювати в умовах одночасного впливу підвищених температур, напружень і агресивних середовищ.

Мета роботи. Дослідження закономірностей фазових рівноваг і фазових переходів у сплавах титану евтектичного типу та розробка на їх основі нових жароміцних и жаростійких сплавів для двигунобудуозння

Наукооа новина. .

- були встановлені основні закономірності фазових рівноваг і фазових переходів у сплавах систем Ті-БІ, Ті-АІ, Ті-2г, Ті-йі-АІ, Ті-5і-2г. Ті-5і-АІ-2г, були одержані дані про вплив легуючих елементів (А! і 1г) на параметри фазових рівноваг у системах на основі титану, які вивчалися;

, - буяй визначені температурні інтервали фазових переходів у сплавах титану з різним легуючим комплексом;

- вперше були одержані дані про мікро- і макроморфолопчну

будозу евтектики р-ТІ+Тібвіз; .

' - на основі результатів морфсЗлогічного аналізу була вперше запропонована стороомодель евтектики |]-ТІ+Ті5Зіз,

- були одержані дані про фізико-хімічні та механічні властивості експериментальних титанових сплавів з різним вмістом легуючих елементів; було показано, що складнолеговгні титанові сГілапи евтектичного типу являють собою новий к/іас конструкційних матеріалів,

які поєднують найбільш цінні властивості металічних і керамічних матеріалів; .

- був запропонований оптимальний хімічний склад .матеріалу для теплонапружених деталей ДВЗ широкого призначення, а також склад матеріалів з максимальною . жароміцністю, жаростійкістю та тріщиностійкістю;

- була розроблена та випробувана дослідно- промислова технологія виробництва деталей ЦПГ ДВЗ з нового металокерамічного матеріалу.

' Практична цінність роботи. На основі результатів дослідження були ро'ооблені нові сплави, фазовий склад і мікроструктурні особливості яких забезпечують високий рівень фізико- хімічних і механічних властивостей і, в першу чергу, підвищені жароміцність і жаростійкість. Це дало змогу рекомендувати їх у ролі матеріалу для деталей ЦПГ ДВЗ Була розроблена та випробувана в дослідно-промислових умовах технологія виробництва деталей двигунів з нових титанових сплавів. Виготовлена дослідна партія деталей (накладки на поршень і на головку циліндра). Результати стендових випробувань двигунів, які були укомплектовані деталями з нових матеріалів, показали перспективність використання деталей з цих сплавів в складних умовах експлуатації в області високих температур. .

Особистий вклад автора. Усі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, були отримані автором самостійно,, зокрема ті, котрі складають загальні висновки та наукову новину.

Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідалися та обговорювалися на: Всесоюзній науковій конференції “Прогресивні

технологічні процеси в ливарному виробництві’1 (Хабаровськ, 1991, р ), на науково-технічній конференції “Конструкційні, інструментальні, порошкові та композиційні матеріали” (Ленінград, 1991 р), на III Міжнародному симпозіумі “Корозійностійкі матеріали" (Польща, Краків, 1996 р.). Робота “Стереоморфологія евтектики в‘системі Ті-Бі", яка .була написана за матеріалами дисертаційної роботи, одержала Золоту Медаль НАН України

в конкурсі науково-дослідних робіт молодих вчених в 1994 році. Основний зміст дисертації опубліковано в 8 друкованих роботах.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 6 глав, висновків, списку, літератури. (154 назви) та додатків. Робота містить

131 сторінку друкарського тексту, 63 малюнка, 37 таблиць

Автор висловлює глибоку вдячність науковому керівнику чл.-кор. АІНУ, дтн. проф Мазуру В І та вед н с, кт.н Капустниковій С,В за постійний інтерес до роботи, увагу, підтримку та доброзичливу критику,

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ -

У вступі обгрунтовані актуальність роботи, її мата, викладена наукова новина та основні положення, які виносяться на захист.

У першій главі проведений аналіз літератури, що присвячена предметові дослідження, на основі якого сформульовані задачі роботи.

У другій главі викладена методика і розглянуті матеріали досліджень. ■

Ця робота виконувалась з використанням модельних Ті-Бі, Ті-АІ, Ті-2г, Ті-$і-А!, Ті-5і-2г. Ті-5і-АІ-2г сплавш дослідних сплавів системи Ті-5і-АІ-2г, а також серійних сплавів ОТ4 і ВТ5Л. які були базовими при виготовленні експеріментальних сплавів на основі титану

Модельні сплави були оиготовлені методом індукційної безтигельної плавки у зваженому стані (ПЗС) в вакуумі та атмосфері інертних газів на експеріментальній установці в ЛЕПП ІПЛ НАНУ

Дослідні сплави виготовляли електронно-променевою плавкою з використанням вторинної сировини (ВТ5Л і ОТ4) в дослідно- промисловій печі ЭЛЛУ-4. Виплавку дослідної партії деталей ДВЗ з нового матеріалу на основі титану проводили в ІПЛ НАНУ з, використанням методу сифонної заливки розплаву в багатопозиційний кокіль. , .

Мікроструїстурний аналіз проводився на оптичному мікроскопі Меоріїоі-ЗО. Для виявлення мікроструктури використовували універсальний травитель для титанових сплавів (10 мл НР, 25 мл НЫ03, 90 мл Н20). '

Уточнення фазового складу проводили стандартними методами мікрорентгеноспекграпьного, рентгеноструктурного аналізу, а також методом електронної мікродифракції. Рентгеноспектральний мікроаналіз здійснювали на мікроаналізаторі М5-46 фірми "Сатеса”. Рентгеноструктурний аналіз проводили на.дифрактометрі ДРОН-2 0 в Си-К. - випромінюванні. Електронно-мікроскопічний аналіз проводили на мікроскопі .¿ЕМ-ЮОСХИ при прискорюючій напрузі 100 кВ.

Температурний інтервал поліморфного перетворення визначали загартовано-мікроструктурним методом у сполученні з рентген'-'Структурним аналізом і методом електронної мікродифракції

Морфологію фазових складових і просторову будову евтектики було досліджено методами стереометрічноі металографи, яка включає пошарові сошліфовки і растрову електронну мікроскопію глибокотравлених зразків за допомогою мікроскопу РЗМ-100

Визначення границі міцності при розтягуванні проводили на машинах РР100/1 при нормальній і НР-05 при підвищених (500, 600, 700, 800°С) температурах (відповідно ГОСТ 1497-84 та ГОСТ 9651-81)

Визначення коефіцієнту в'язкості руйнування проводили за ГОСТ 25.506-85 при однократному статичному навантаженні зразків триточковим вигином при температурах 20 - 900°С. •

Жаростійкість сплавів в діапазоні температур 700-950°С на повітрі протягом 5-50 годин вивчали методом термогравіметрії за допомогою електричних аналітичних демпферних вагів тилу В/1А-20М. Зразок нагрівали в електричній трубчастій печі Т40/60. Зразок зважували кожну годину. . ' ' • . . .

Моторні іспити деталей проводили за методиками, що прийняті в спеціалізованих конструкторських організаціях, у НДКТІД на двигуні Д144 за методикою прискорених стендових випробувань, ХПІ- на двигуні СМД-18Н, БО ВТЗ - на двигуні Д120.

Третя гпава присвячена 'аналізу фазових рівноваг і фазових переходів у модельних титанових сплавах.- Були розглянуті сплави . евтектичного класу систем Ті-БІ, Ті-Бі-АІ, ТІ-БІ-гг, Ті-5і-АІ-2г, а також

твердорозчинні сплави бінарних систем ТІ-АІ, Ті-2г. На основі проведених

досліджень було показано, що в модельних сплавах систем Ті-Бі, Ті-Бі-АІ, їі-3і-2г,..Ті-Зі-АІ-2г реалізуються фазові рівноваги евтектичного (ж о П + ТьЗі-і) і евтекюшного ([і •:.> а і Ті;Бьі тилів В залежності від складу в ни,-Формуються той типи структур' /юечт*>ктиина, евтчістична і ззсптсктична

доевіектіїчна структура представлена дендритами первинної |і(и)-фази а м&япіттях п:я” розтйшосусться Т0гіі.о;;і;фиреииіі",сагіно евтектика |і-їі ■1 к8і;. В оо сіл і хондритів у сплавах і і-Уі та н-Бі-ІЬ розміщуються продукті і евтектоїдного розпаду [і-Ті у вигляді а-фази та силіцидів титану, а також

ММНКІІИКН КІІ'^КІСТН остатньої М-фгЧ1* НЩЗНР'-^МГ!, ЩО р СПЛППЗ” Ті^і-Д! ^

об’ємі (і-дендритів продукти евтектоїдного перетворення відсутні. В даній системі характер твердофазних перетворень визначає не Бі, а АІ, в присутності якого стримується евтектоідний розпад ¡і « а + Т^Біз і відбувається поліморфна перекристалізація |ї => « за аналогією з системою Ті-АІ. Евтрктична структура являє .собою колонії т.~,Н~ОДИфРррН:‘і'"йЬ.-зНО: *В1 ЄКТИКМ І!-Т' + Тилі; по о Г> залежногті РІ/;

ванни ¡М + (і і.7гиЬіз Заееі?кіі-чиа структура иодольни,: сплаг;:^

' <,;.;.,ГЕ-риЗуСГЬСЯ Н-'Г-ЧИЛГЛЮ СТруГГурНО-С&МОСТ.'ЙПИХ і’.рИСТСіЛіГ: ПЄр;ЗИННО' V

иичігиду їі;,Бь аоо Пі 2г.);Вь і евтектичної склало'- ч

Методами ренгге.-іострукг'рнот та мікрорентгзноспектрагьног;. аналізу оун у і очнений (разовий с*лчд модальнії" сплавів; визначені параметри кристалічних іраті^ок фаз, що присутні а сплзаах, ви&чвиии кількісний розподіл легуючих елементів V фаіЯУ сплавів різного скла.!’"

і-і а основі дослід'!,‘,гнчя со ємп«і< часток фаз у спларзх Ті-Бі-АІ і Ті-Бі Іг встановлено, що легування подвійних ТІ-Бі-сплааів алюмінієм або цирконієм приводить до зміщення точки трифазної батектики в область ¡окцянтрпціи кремнію При вв-зденні 1 'Уг, Ді евтектична •данцзиграція в системі Ті-йі-АІ зменшується на 0 49%, а при иаеденні 1% ~ в системі Ті-БІ--2г - на 0 23%. Для потрійних систем Ті-Бі-АІ і Ті-Бі-2г були запропоновані структурні діаграми о частині, що багата на титан .

З метою вибору легуючого комплексу та складу дослідних сплавів була проведена порівняльна оцінка найбільш важливих властивостей

модельних сплавів, які відрізнялись системою легування та хімічним складом. Аналіз результатів випробувань Показав, що необхідний рівень фізико-механічних властивостей, а саме одночасно підвищені жароміцність, жаростійкість при задовільній тріщиностійкості, можуть забезпечити чотирикомпонентні сплави евтектичного типу Ті-8і-АІ-2г.

Четверта глава присвячена вивченню закономірностей структуроутворення та морфології фазових складових в сплавах титану евтектичного типу. Методом послідовних сошліфовок в поєднанні з растровою електронною мікроскопією були досліджені механізми росту та морфологія первинних фаз (Ц-ТІ і а також мікро-1 макроморфологія

евтектики (І-ТІ+ ТІьЗіз '

Евтектика р-Ті т Т^Біз, яка є прикладом евтектик твердий розчин -проміжна фаза, являє собою продукт спільного росту кристалічної пари поліедр -. круглястий дендрит. Силіцид титану відповідно до своєї кристалохімічної природи є одночасно фазою евтектики, яка зароджує і веде ' двофазну кристалізацію Початковим етапом формування евтектичного зерна }3-Ті + ТііБь є зародження і подальше розростання на одній з граней базового силіциду другої фази евтектики - (Мі Евтектична кристалізація , яка полягає у спільному кооперативному рості обох фаз, завершується формуванням зерен з пластинчастою чи стрижневою мікроморфологією в залежності від конкретної температурно-концентраційної обстановки на фронті кристалізації. Формування пластинчастої евтектики відбувається тоді, коли стає можливим рост двофазного пакету фаз у напрямку --ЛІНЮ.*. Надалі пластинчаста евтектика, що росте в цьому напрямку, потовщується . і поступово трансформується в стільникову евтектику з силіцидною матрицею. Морфологічний перехід, що має місце, пояснюється комірчастою формозміною плоского фронту двофазної кристалізації через виникнення на . ньому концентраційного переохолодження. При формуванні стільникової евтектики на базі пластинчастого пакету фаз можливе утворення скелетної евтектики, яка за мікроморфологією нагадує ледебурит білих чавунів. В напрямку <0001> рост відгалужень базової

фази приводить до формування колоній зі стрижневою мікроморфологією. Треба відмітити, що стрижневі відгалуження кристалу Ті^Ь, так само як і первинні кристали силіциду титану, характеризуються—гранованими

*

формами росту Це являє важливий доказ того, що С-ось комплексної гексагональної призми орієнтована паралельно напрямку роста ■

Оцінка макроморфологічних характеристик евтеїстики З-Ті + Ті5Біз еи*»й«яа секторальну будспу і комірчасту субструктуру колоній, а також формування розгалужених віялоподібних колон'й

. На основі результатів досліджень мікро- і макроморфології -¿»роі’.иювана г.ристоиоаа модель *в«екіики р-Ті * Т'5-5і5, яка ілюструє основні етапи Ті росту (мал. 1).

Малі Стереомодель евтектики р-Ті - ribSb П’ята глава присвячена питанням розробки титанових сплавів евтектичного типу для виготовлення деталей ЦГ1Г ДВЗ. З цією метою були Виплавлені дослідні сплави, які ча складом і ■ морфслогігю фазепих

складових близькі де три- та чотирикомпонентних модельних сплавів, були досліджені мікроструктура тз фазсзиП стад цих сплавів, визначені найважливіші фізико-механічні властивості.

к

Дослідження мікроструктури, фазового складу та тонкої структури дослідних сплавів Всі дослідні сплави за типом структури матриці належать до псевдо-а-сллавіе. Основні фазові складові: «- та р-Ті, силіциди титану різного складу (ТЬвіз , (Ті,2г)58ь). В залежності від умов кристалізації та концентрації легуючих елементів у сплавах формується структура з різною величиною початкового р-зерйа. Кожне зерно матриці складається з однаково орієнтованих ( у межах одного зерна) подовжених.а-пластин, які відокремлюються одна від одноі прошарками залишково! р-фази. Між двома цими- фазами існують визначені кристалографічні слгввідношення:(10Ї)(іІІ(001)„, <110.-,,. Силіциди, що присутні в

сплавах, мають різне походження: евтектичні - по границях початкових р-зерен , евтектоідні - у вигляді точечних і пластинчастих виділень, які декорують прошарки р-фази, вторинні - в зернах матриці. Оріснтаційне співвідношення між гратівками (Ї-ТІ і ТІ5Зі3 :(100)т,55,з II (101)0, <001>тв&з II <111>р.‘

Електронномікроскопічні дослідження фольг Ті-сплавів підтверджують дані фазового аналізу, який був проведений рентгеноструктурним і мікрорентгеноспектральним методами, та свідчать про присутність у сплавах кількох фаз (а-, р-Ті, Ті55і3, (Ті.2г)58із).

ГІрЬведені дослідження показали, що фазовий склад, морфологія фазових складових є сприятливою з точки зору забезпечення високого рівня фізико-механічних властивостей.

Дослідження температурних інтервалів фазових переходів о нових титанових сплавах З метою оцінки можливостей використання нових Ті-сплавів, що були розроблені, як жароміцних та жаростійких матеріалів, необхідно було точно встановити температурний інтервал поліморфного перетворення дослідних сплавів. Це пояснюється тим, що саме температура алотропічного перетворення в значній мірі визначає максимальну робочу температуру сплавів високотемпературного використання. "

Досл'д.кеннп прооодили на серійному сплаві ОТ4 системи ТІ-АІ-Мп і досїудних сплавів 7.1 (Ті-Зі-АІ) та 7 2 (ТІ-8і-АІ-2г) Були визначені нпс-і , 'і-'іі температурні інтервали поліморфного перетворення для сплапу ОТ4 - ЬС0-050"С, для сплаву 7.1 - ЄЄ0-260°С, для сплаву 1 2 - 920-960’С І "і-;окими температурами початку і кінця « - ■> ['-перетворення

характеризуються комплекснолеговані дослідні сплави, які містять

йпсніпіккннЯ іін^ИКО’іііМіЧИИа і мслііпіЧНИа іііїйСінЬиЦіигі іі>/ипА

титанових сплавів Дослідні титанові сплави мають приблизно однаковий фазовий склад, але кількісні співвідношення між фазовими складовими, а також макро- і мікроморфологія евтектик в них різна. Від цього в значній мірі залежать.механічні властивості. .

І!а ;.»ал,2 приведений графік температурної залежності <та для двох ,, ;Г'і'Дних сплато о порівнянні з сесійним сплавом 0Т4 Останній має склад ніс наближається по складу матриці дослідних сплавів, але • » ‘/'сгить силчіидіо титану 3 підвищенням температури зпссторігається "илкз розвинення серійного сплазу. Х'д кривих, які характеризують поведінку дослідних сплавів, свідчить про значно більшу стійкість іх до опливу температури Початковий' рівень міцності зберігається до 600-650°С: при подальшому підвищенні температури починають активізуватися процеси ковзання та переповзання дислокацій у кристалах гексагонального силіциду титану, що і є причиною більш інтенсивного розміцнення сплавів при цих температурах. Проте значення ов їх при температурі 800°С залишаються істотно вище, ніж у серійного сплава. Подібний характер розміцнення притаманний дослідним сплавам, які містять від 15 до 30% силіцидноі фази. Розподіляючись переважно у виді сильно розгалужених віялоподібних кристалів, силіцидна фаза пронизує титанову матрицю в різних- напрямках і виконує роль каркасу.що армує сплав. Силіциди титану, які являють собою ефективні бар’єри для дислокацій, що рухаються, і, які гальмують процеси високотемпера+урного

Мал.2. Температурна залежність міцності досліджених сплавів

-Сопм 7 6 - Кераміка

БіЛ,

Температур* С

Мал.З Температурна залежність коефіцієнту в'язкості руйнування дослідних сплавів

Мал.4. Температурна залежність середньої швидкості окислення дослідних ■ сплавів

розміцнення, надають дослідним сплавам підвищену жароміцність. Про це свідчать результати випробувань довгочасної гарячої твердості Н\/ і довгочасної міцності! а1№

Силіциди титану, що розподіляються в пластичній титановій матриці, яка здатна до релаксації внутрішніх напружень, забезпечують, як показали результати досліджень, досить високий рівень тріщиностійкості дослідних сплавів в порівнянні з керамічними матеріалами (г/.ал 3)

Присутність в структурі дослідних сплавів розгалужених евтектичних

стабільністю, сприяє підвищенню стійкості сплавів проти

високотемпературного окислення (мал 4). Силіцидна фаза, яка відрізняється високим значенням енергії міжатомного зв’язку, обумовлює гальмування дифузійних потоків атомів кисню як через цю фазу, так і по межфазній межі матриця/ силіцид титану. В силу цього по жаростійкості дослідні сплави ближчі до керамічних матеріалів, ніж до відомих титанових сплавів ■

Шоста глппа присвячена питанням олтимізаци складу титанових сплавів і і розробки технологічних параметрів виютовлення з них деталей ЦПГ ДВЗ в дослідно-промислових умовах

На основі результатів випробувань фізико-механічних властивостей модельних і дослідних сплавів методом кореляційно-регресійного аналізу було знайдено оптимальний склад матеріалу для деталей ДВЗ, який має високий рівень найбільш відповідальних властивостей Були надані також рекомендації за складом сплавів, які будуть працювати в особливо напружених вузлах і деталях двигунів. .

Склад одного з сплавів було захищено авторським свідоцтвом. Високий рівень фізико-механічних властивостей нових складнолегованих сплавів дозволив рекомендувати їх як матеріал для деталей ЦПГ ДВЗ 3 цією метою були розроблені та оптимізовані технологічні режими плавки і лиття деталей двигунів, виготовлена дослідно- промислова партія деталей ДВЗ з нових металокерамічних сплавів на основі титану. Проведені стендові випробування дизельних

двигунів, що були укомплектовані деталями циліндро-поршневої групи з нових, матеріалів, показали їх високу надійність, стійкість до, температурного та агресивного впливу камери згоряння. Наробка за прискореною методикою при випробуваннях одного з експеріментальних двигунів на ВО Володимирський тракторний завод склала в перерахунку 10000 мотогодин. Порівняльні випробування показали, що деталі, виготовлені з керамічних матеріалів, не витримують довгочасних випробувань і є більшості! випадків руйнуються при запусканні.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Методами оптичної металографії, рентгеноструктурного та мікрорентгеноспектрального аналізу були досліджені . основні закономірності фазових рівноваг і фазових переходів у модельних сплавах систем Ті-Єі, ТІ-АІ, Ті-гг, Ті-БІ-АІ, Ті-Бі^г, Ті-Бі-АІ-2г.

2. Методами стереомікроаналізу та растрової електронної мікроскопії були вивчені особливості структуроутворення та ■ морфології фазових складових в евтектичних сплавах на основі системи Ті-Бі. Були досліджені форми росту та морфологія первинних кристалів р-Ті і ТІ5Зі3-Вперше була вивчена мікро- та макроморфологічна будова евтектики р-Ті + ТійЗіз- Визначена зароджувальна та ведуча роль силіциду титану о формуванні евтектичних колоній. На основі результатів морфологічного аналізу вперше запропонована стереомодель евтектики {1-ТІ + Ті53із

3. З метою розробки і оптимізації хімічного складу нових конструкційних сплавів на базі титану були вивчені мікроструктура, фазовий склад і тонка структура дослідних комплекснолегованих 5і, А1 та

2.г сплавів з різним вмістом зазначених елементів. Було показано, що фазовий склад, морфологія структурних складових є сприятливими з точки зору забезпечення високого рівня властивостей і, в першу чергу, високої жаростійкості і жароміцності.

4. Загартовано-металографічним методом в сполученні з рентгеноструктурним аналізом і електронною мікроскопією були визначені температурні інтервали фазових переходів у нових титанових сплавах з.

різним легуючим комплексом. Встановлено, що для сплаву Ті-ЗІ-АІ поліморфне перетворення відбувається в інтервалі 860-960°С, а для сплаву Ті-Зі-АІ-2г - в інтервалі 920-960°С

5 Були проведені комплексні випробування фізико-хімічних та механічних властивостей дослідних сплавів з різним вмістом легуючих елементів Аналіз одержаних результатів показав, що Ті-сплави евтектичного типу являють собою новий клас конструкційних матеріалів, які поєднують найбільш цінні властивості! металевих і керамічних матеріалів' ' .

- низькі значення щільності, теплопровідності, температурного коефіцієнту теплового розширення,- що порівнюються з такими ж величинами для конструкційних керамік,

- високі характеристики міцності при робочих температурах 700-

850°С;

- підвищену на рівні керамік стійкість проти високотемпературного

окислення, ■

- високу стійкість до розвитку тріщин, яка суттєво перевищує цей показник для керамічних матеріалів

6 Були оптимізовані склади нових комплекснолегованих сплавів для двигунобудування Для виготовлення деталей і вузлів двигуна вузького призначення для роботи в найбільш жорстких умовах експлуатації, запропонований склад матеріалів з максимально високою жароміцністю, жаростійкістю та тріщиностійкістю Склад одного з сплаоів захищено авторським свідоцтвом

7, Проведений вибір способу плавки нових металокерамічних матеріалів на основі титану. Розроблені методика електронно-променевої плавки, технологічне оснащення для одержання відливок дослідних деталей, оптимізовані технологічні режими лиття. Виготовлена дослідна партія деталей ДВЗ з нових матеріалів

8 Проведені стендові випробування .дизельних двигунів, які були укомплектовані деталями. ципіндро-поршневої групи з нових сплавів, показали їх високу надійність і стійкість до температурного та агресивного

впливу середовища камери згоряння, що дозволяє вважати перспективним використання ¡цих матеріалів в деталях ДВЗ різного призначення.

Основний зміст дисертації опубліковано в роботах:

1 1. Конструкционный порошковый материал на основе титана для деталей

двигателей внутреннего сгорания/ В.И.Мазур, С.В.Карустникова, О.А.Блохина и др.// Материалы научно-технической конференции. Конструкционные, инструментальные, порошковые и композиционные материалы,- Ленинград: ЛДНТП-1991.-С.9-10.

2.Плавка и литье теплонапряженных деталей для высокофорсированных дизелей/ С.В.Капустникова, Р.Я.Рабухина. O.A.Блохина и др.// Материалы научно-технической конференции. Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве,-Хабаровск -1991,-С. 19-20.

3. Mazur V.J., Kapustnikowa S.V., Blokhina O.A. Researching the High-

Temperature Gas Corrosion in the New Titanium Alloys of Eutectic Type// Mater, of the 3rd International Symposium "Corrosion Resistant Alloys".- Cracow - 20-22 June.-1996.- P.141-148. '

4. Получение композиционного материала на основе титана методом

термосинтеза/ В.И.Мазур, С.В.Капустникова, И.Я.Демъянец,

О.А.Блохина//Примонение аппаратов порошковой технологии и процессов термосинтеза в народном хозяйстве.-Томск: МНТК "ТЕРМОСИНТЕЗ", гос.ун-т им. В.В.Куйбышева. -1987.-С.196.

5. Блохина O.A. Структура и фазовый состав титановых композитов,

полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза //Тез.Докл.XIV Международного студенческого коллоквиума “Структура и свойства материалов”. - Русе,- НРБ.-1988.-С. 15. • ■

6. Эвтектические композиты на основе титана, полученные плавкой во взвешенном состоянии/ В.И.Мазур, С.В.Капустникова, O.A. Блохина//Тез. Докл. Межреспубликанской конференции. Технология получения и применения литых композиционных материалов,- Владимир.- 1994.-С.25.

7. Мазур В.И., Капустникова С.В., Блохина O.A. Влияние легирования на стойкость к высокотемпературной газовой коррозии новых

конструкционных сплавов на основе титана// Теория и практика металлургии.-1997.-№2,- С. .

8. Ас СССР №1601160 МКИ С22С14/00. Сплав на основе титана/В.И Мазур, С.В.Капустникова, О.А.Блохина и др.- Опубл.1990,

Бюл№39

АННОТАЦИЯ

Блохина O.A. Закономерности фазовых равновесий и фазовых переходов в сплавах титана эвтектического типа, разработка и опробование новых жаростойких материалов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16 01 "Металловедение и термическая обработка металлов”. Государственная Металлургическая Академия Украины, Днепропетровск, 1997.

Защищается научная работа, содержащая результаты

исследований новых жаростойких и жаропрочных металлокерамических сплавов на основе титана Изучены микроструктуры и фазовый состав титановых сплавов с различным легирующим комплексом (Ti-Si, Ti-Al, Ti-Zr, Ti-Si-Al. Ti-Si-Zr. Ti-Si-Al-Zr), исследовано влияние легирующих элементов на параметры фазовых равновесий и фазовых переходов в системе Ti-Si изучены особенности структурообразования и морфологии фазовых составляющих в титановых сплавах эвтектического типа, изучен комплекс физико-химических и механических свойств новых

сложнолегированных сплавов на базе титана Разработаны и

оптимизированы составы новых жаростойких и жаропрочных титановых сплавов для изготовления теплонапряженных деталей дизельных двигателей. Разработана опытно-промышленная технология изготовления деталей ДВС из нового материала, проведены стендовые испытания двигателей, укомплектованных деталями из новой металлокерамики на основе титана

Ключевые слова: металлокерамические титановые сплавы, фазовое равновесие эвтектического типа, легирующий комплекс, жаропрочность, жаростойкость. '

ABSTRACT

Blqkhina O.A. Conformity of phase equilibriums and phase_ ’ transformations in titanium alloys of eutectic type, development and test of the new heat resistant materials. Thesis for a Candidate of science degree on 1 speciality 05.16.01 -Physical metallurgy and heat treatment of metalls. State Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipropetrovsk,.1997.

It is defended of a research work contained results of investigation of the new heat resistant and high temperature strength metalceramic alloys based on titanium. The work involved a study of the microstructure and the phase composition of titanium alloys with different alloying complex (Ti-Si, Ti-AI, Ti-Zr,

, Ti-Si-AI, Ti-Si-Zr, Ti-Si-AI-Zr). Influence of alloying components on parameters of phase equilibriums and phase transformations in Ti-Si system was studied. Pecularity of structural forming and morfology of phase components in titanium alloys of eutectic type were researched in the work. It was investigated physical and mechanical properties of the new titanium alloys with different alloying complex. It was developed and picked out compositions'of the new heat resistant and high temperature strength titanium alloys that is the most acceptable for producing of heat resistant parts of Diesel engine. Experimental and industrial technology of production of internal compustion engine, parts from the new material was developed in research work, -it was carried out experimental test of engines with parts from the new metalceramic alloys based on titanium. •

Key words: metalceramic alloys based on titanium, eutectic phase equilibrium, alloying complex, heat resistant, high temperature strength.

■ автореферат

Відповідальний за випуск М. М. Саф'ян

Підписано по друку 28.05.97. Формат 60x84/16. Папір друкарський. Офсетний друк. Умови, друк. арк. 0,93. Умови, фарб.-відб. 0,93. Тираж 100. Замовлення N 710. Замовлене.

ЗАТ Видавництво «Поліграфіст», 320070, м. Дніпропетровськ, вул. Сєрова, 7.